可見宇宙 Visible Universe
可見宇宙的半徑似乎是140億光年，因?yàn)橛钪娲蠹s有140億年的歷史。來自更遙遠(yuǎn)物體的光根本沒有時(shí)間到達(dá)我們。因此，宇宙中的每個(gè)人都會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處于自己可見宇宙的中間。由于宇宙正在膨脹，宇宙的精確尺度變得復(fù)雜起來。我們?cè)诳梢娪钪孢吘壙吹降男窍?，在它們離我們更近的時(shí)候，發(fā)出了它們的光，現(xiàn)在它們會(huì)離我們更遠(yuǎn)。
宇宙的真實(shí)大小可能比可見宇宙大得多。宇宙的幾何學(xué)表明它可能有一個(gè)無限大的尺寸，它將永遠(yuǎn)膨脹。即使宇宙不是無限大的，我們可見的宇宙也必須是更大整體中的一個(gè)微小的微粒。
可見宇宙
雖然我們對(duì)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的知識(shí)是不完整的，但是許多大尺度和小尺度的特征在可見宇宙的邊緣上都是可見的。整個(gè)宇宙是基本均勻的，正如這張地圖所顯示的。、
這張地圖試圖展示整個(gè)可見的宇宙。宇宙中的星系傾向于聚集成巨大的薄片和圍繞著大空隙的超星系團(tuán)，使宇宙呈現(xiàn)細(xì)胞狀。因?yàn)楣庠谟钪嬷械膫鞑ニ俣仁枪潭ǖ?，所以我們可以在宇宙邊緣看到物體，那時(shí)宇宙還很年輕，直到140億年前。正好是宇宙大爆炸的時(shí)候！
20億光年內(nèi)所有已知的主要超星系團(tuán)
下面20億光年內(nèi)所有已知的主要超星系團(tuán)的地圖，繪制在超星系平面上。這張地圖上的每個(gè)點(diǎn)都是一個(gè)豐富的星系團(tuán)，包含了Abell的豐富星系團(tuán)目錄中列出的數(shù)百個(gè)星系。這張地圖并沒有顯示每一個(gè)豐富的星團(tuán)，而是只顯示那些聚集在一起形成大型超星團(tuán)的星團(tuán)。這些超星系團(tuán)中的每一個(gè)都必須包含成百上千個(gè)較小的星系群。這張地圖顯然不完整，我們銀河系的平面大約沿著地圖的中心向下延伸，大多數(shù)天文學(xué)家更喜歡研究遠(yuǎn)離這一平面的星系，因?yàn)槟抢锏臍怏w和塵埃少得多，遮蔽了我們對(duì)宇宙的看法。這就解釋了為什么大多數(shù)已知的超星系團(tuán)都在地圖的左右兩側(cè)。
20億光年內(nèi)所有已知的主要超星系團(tuán)
哈勃深場 Hubble Deep Field
1995年12月，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡被指向大熊座的一片“空白”區(qū)域，持續(xù)了10天。它產(chǎn)生了現(xiàn)代最著名的天文學(xué)圖片之一——哈勃深場圖像。其中一部分顯示在這里。在這張照片中，幾乎每一個(gè)物體都是一個(gè)星系，通常位于5到100億光年之外。這里所揭示的星系是各種形狀和顏色的，有些是年輕藍(lán)色的星系，而另一些則是古老的、發(fā)紅的星系。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡還拍攝了另外兩張類似的照片：1998年的哈勃深場南部和2004年的哈勃超深場。
哈勃深場 Hubble Deep Field
宇宙的一部分 A Slice of the Universe
通過在狹長的天空中收集到數(shù)千個(gè)星系的距離，就有可能產(chǎn)生宇宙的一部分，如下面2df星系紅移調(diào)查中所示，2df星系紅移調(diào)查將宇宙觀測到35億光年，盡管沒有為超過30億光年的星系收集太多數(shù)據(jù)。這些類型的圖顯示了宇宙中的星系是如何聚集的，即使在最大的尺度上也是如此。繪制了大約52000個(gè)星系。
宇宙的一部分 A Slice of the Universe
我們生活的宇宙正在膨脹。我們之所以知道這一點(diǎn)，是因?yàn)槲覀兛吹叫窍岛托窍等涸谟钪嬷胁粩嗟胤珠_。自從140億年前宇宙在一個(gè)被稱為大爆炸的非常熱、密集的事件中形成以來，這種膨脹就一直在發(fā)生。宇宙微波背景輻射(CMBR)提供了有利證據(jù)：
宇宙微波背景輻射 CMBR
如果我們?cè)谟钪嬷锌吹米銐蜻h(yuǎn)，我們就能探測到自宇宙誕生近140億年以來一直在運(yùn)行的光。這使我們能夠看到大爆炸發(fā)出的微弱光芒。雖然人類的眼睛看不到這種輻射，但用射電望遠(yuǎn)鏡很容易就能探測到。這張全天圖是根據(jù)WMAP宇宙學(xué)探測器的數(shù)據(jù)繪制的；它顯示了宇宙只有38萬年歷史，宇宙溫度為3000°C時(shí)大爆炸發(fā)出的光芒。
這就是為什么天文學(xué)家們知道宇宙是在140億年前，在一個(gè)被稱為大爆炸的高溫、密集的事件中形成的主要原因之一，因?yàn)槲覀儽淮蟊ǖ奈⑷豕饷鼑?/strong>，看起來像這樣：
宇宙微波背景輻射 CMBR
這張地圖上的溫度變化解釋了為什么宇宙中的星系聚在一起形成超星系團(tuán)。大爆炸中的物質(zhì)是塊狀的。這些團(tuán)塊對(duì)應(yīng)著地圖上最冷（最暗）的點(diǎn)，而星系最有可能形成的就是這些團(tuán)塊(Star Nusery)。最熱的（最亮的）點(diǎn)是低密度區(qū)域，經(jīng)過數(shù)十億年，最終變成了巨大的空洞(Void)。
以下是關(guān)于我們不斷膨脹的宇宙的六個(gè)常見問題（FAQ）：
（1）宇宙的中心在哪里？
宇宙沒有中心，因?yàn)橛钪鏇]有邊緣。在一個(gè)有限的宇宙中，空間是彎曲的，所以如果你能以直線方式穿越數(shù)十億光年，你最終會(huì)回到你開始的地方。我們的宇宙也可能是無限的。在這兩個(gè)例子中，星系群完全填滿了宇宙，并在所有的點(diǎn)上移動(dòng)，使宇宙膨脹（見問題2）。
沒有中心或邊緣的宇宙
一個(gè)只有48顆恒星的非常小的宇宙的例子。在這些恒星之間飛行的宇宙飛船找不到宇宙的邊緣。如果飛船在宇宙的一邊離開，它會(huì)在另一邊重新合并。宇宙飛船上的人們看到了他們周圍無數(shù)的恒星。這個(gè)宇宙沒有邊界，也沒有中心。
（2）宇宙大爆炸發(fā)生在哪里？
這是錯(cuò)誤的：
人們普遍認(rèn)為，大爆炸是發(fā)生在空曠空間的爆炸，爆炸擴(kuò)展到空曠空間。
宇宙大爆炸創(chuàng)造了空間和時(shí)間。在宇宙開始的時(shí)候，宇宙中完全充滿了物質(zhì)。物質(zhì)最初是非常熱和非常稠密的，然后膨脹和冷卻，最終產(chǎn)生我們今天在宇宙中看到的恒星和星系。時(shí)空是一體的。
宇宙的膨脹
雖然空間可能在大爆炸時(shí)集中在一個(gè)點(diǎn)上，但在大爆炸時(shí)空間同樣是無限的。在這兩個(gè)場景中，空間都被開始膨脹的物質(zhì)填滿了。沒有膨脹的中心，宇宙只是在各個(gè)點(diǎn)上膨脹。任何星系的觀察者都能看到宇宙中大多數(shù)其他星系正在遠(yuǎn)離它們。唯一的答案是“大爆炸發(fā)生在哪里？”它發(fā)生在宇宙中的任何地方，這些地方已經(jīng)發(fā)生了改變。
（3）地球是否隨著宇宙膨脹？
地球沒有膨脹，太陽系和銀河系也沒有膨脹。這些物體在重力的作用下形成，停止了膨脹運(yùn)動(dòng)。引力也把星系聚集成一組和一組。主要是星系群和星系團(tuán)在宇宙中分開運(yùn)動(dòng)，這是大尺度意義上的膨脹。
（4）宇宙之外存在著什么？
宇宙大爆炸創(chuàng)造了空間。我們的宇宙沒有邊界，也沒有邊界——我們的宇宙之外沒有邊界（見問題1）。我們的宇宙可能是無限宇宙的一部分（見問題5），但這些宇宙并不一定需要一個(gè)空間來存在。
（5）大爆炸之前存在什么？
時(shí)間是在大爆炸中產(chǎn)生的，我們不知道它是否在大爆炸之前就存在了。因此這個(gè)問題很難回答。一些理論認(rèn)為，我們的宇宙是不斷被創(chuàng)造的無限宇宙（稱為多元宇宙）的一部分。這是可能的，但很難證明。
（6）如果宇宙有140億年的歷史，那么星系如何能夠運(yùn)行超過140億光年？
有可能我們的宇宙是無限的，自從大爆炸以來，宇宙中到處都充滿了物質(zhì)（見問題2）。但是也沒有什么能阻止宇宙以比光速更快的速度膨脹。盡管在宇宙中的任何一個(gè)地方，沒有什么能比光速更快地傳播，但這對(duì)整個(gè)宇宙來說都不是真的?？臻g擴(kuò)展的速度沒有限制。
橡膠板時(shí)空
我們可以想象，星系就像是坐在橡膠板上的球，代表著空間。如果我們拉伸床單，球就會(huì)分開?？拷那蛑荒苈珠_。被廣泛分開的球似乎會(huì)很快分開。
生活在任何一個(gè)球上的人都會(huì)看到自己的球是靜止的。他們會(huì)看到附近的球慢慢移動(dòng)，他們會(huì)看到遠(yuǎn)處的球快速移動(dòng)。非常遠(yuǎn)的球（在地平線之外）的移動(dòng)速度可能比光速快，但是人們看不到它們——在宇宙的局部，沒有什么比光速更快的了！
由于宇宙正在膨脹，到一個(gè)非常遙遠(yuǎn)的星系的距離問題很難回答。這完全取決于你的觀點(diǎn)。這就是在膨脹的宇宙中定義距離的問題：當(dāng)宇宙只有10億年時(shí)，兩個(gè)星系彼此靠近。第一個(gè)星系發(fā)出光脈沖。第二個(gè)星系直到宇宙140億年前才接收到脈沖。這時(shí)，星系之間的距離大約為260億光年；光脈沖已經(jīng)傳播了130億年；人們?cè)诘诙€(gè)星系看到的景象是第一個(gè)星系的圖像，當(dāng)時(shí)它只有10億年的歷史，而當(dāng)時(shí)它卻有20億光年遠(yuǎn)：
星系的分離
宇宙學(xué)中常見的距離尺度有四種：
（1）亮度距離-Dl Luminosity Distance
在膨脹的宇宙中，遙遠(yuǎn)的星系比你通常想象的要暗得多，因?yàn)楣獾墓庾訒?huì)被拉伸并擴(kuò)散到一個(gè)很寬的區(qū)域。這就是為什么需要巨大的望遠(yuǎn)鏡才能看到遙遠(yuǎn)的星系。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所能看到的最遙遠(yuǎn)的星系是如此的暗淡，以至于它們看起來好像離我們3500億光年遠(yuǎn)，盡管它們離我們很近。
亮度距離不是一個(gè)實(shí)際的距離尺度，但它對(duì)于確定我們看到的非常遙遠(yuǎn)的星系有多微弱很有用。
（2）角直徑距離-Da Angular Diameter Distance
在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中，我們看到了在可見宇宙邊緣附近的星系，那時(shí)它們還很年輕，大約140億年前，因?yàn)樗昧私?40億年的光才到達(dá)我們這里。然而，星系不僅年輕，而且在那個(gè)時(shí)候離我們更近。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的最微弱的星系，當(dāng)它們發(fā)出光時(shí)，離我們只有幾十億光年遠(yuǎn)。這意味著非常遙遠(yuǎn)的星系看起來比你通常想象的要大得多，就好像它們離我們只有20或30億光年（盡管它們也是非常微弱的——可見光距離）。
角直徑距離是一個(gè)很好的跡象（特別是在像我們這樣一個(gè)平坦的宇宙中），當(dāng)星系發(fā)出我們現(xiàn)在看到的光時(shí)，它離我們有多近。
（3）共動(dòng)距離-Dc Comoving Distance
共行距離是隨宇宙膨脹的距離尺度。它告訴我們星系現(xiàn)在在哪里，即使我們對(duì)遙遠(yuǎn)宇宙的看法是在它越來越年輕和更小的時(shí)候。在這個(gè)尺度上，可見宇宙的邊緣距離我們大約470億光年，盡管哈勃太空望遠(yuǎn)鏡中最遠(yuǎn)的星系距離我們大約320億光年。
共行距離與角直徑距離相反，它告訴我們星系“現(xiàn)在在哪里”，而不是當(dāng)它們發(fā)出我們現(xiàn)在看到的光時(shí)它們?cè)谀睦铩?/strong>
（4）光行程時(shí)間距離-Dt Light Travel Time Distance
光的傳播時(shí)間距離代表了來自遙遠(yuǎn)星系的光到達(dá)我們的時(shí)間。當(dāng)我們說可見宇宙的半徑為140億光年時(shí)，這就是它的意思——這只是一個(gè)簡單的說法，即宇宙大約有140億年的歷史，而來自更遙遠(yuǎn)來源的光還沒有時(shí)間到達(dá)我們這里。
光行程時(shí)間距離和距離的測量一樣是時(shí)間的測量。它之所以有用，主要是因?yàn)樗嬖V我們我們所看到的星系的視角有多古老。
對(duì)于很小的距離（低于20億光年），所有四個(gè)距離尺度都會(huì)聚在一起，并變得相同，因此更容易定義到我們周圍宇宙中星系的距離。
下面-所有四個(gè)距離標(biāo)度都標(biāo)為紅移。紅移是對(duì)宇宙膨脹所引起的光的伸展的一種測量——一個(gè)大紅移的星系比一個(gè)小紅移的星系要遠(yuǎn)。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的最遠(yuǎn)的星系是紅移10（redshift 10），而宇宙中最遠(yuǎn)的原星系可能是紅移15。可見宇宙的邊緣是無限紅移。相比之下，一個(gè)典型的便攜式望遠(yuǎn)鏡在紅移0.1（約13億光年）之外看不到太多東西。
宇宙中的距離尺度
亮度距離（Dl）顯示了為什么遙遠(yuǎn)的星系如此難以觀測。
一個(gè)
非常年輕和遙遠(yuǎn)的紅移15星系看起來距離我們大約5600億光年
，
角直徑距離（Da）表明當(dāng)它發(fā)出我們現(xiàn)在看到的光時(shí)，它實(shí)際上距離我們大約22億光年
。
光傳播時(shí)間距離（Dt）告訴我們，從這個(gè)星系發(fā)出的光到今天已經(jīng)傳播了136億年。
共行距離（Dc）告訴我們，如果我們能看到今天的同一個(gè)星系，離我們大約350億光年。
聯(lián)系客服
